長江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(1)

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第22卷第7期工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)Vb1．22No．72005年12月CHINESEJOURNALOFENGINEERINGMATHEMATICSDCC．2005文章編~'：1005—3085(2005)07—0026—09長江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測李云鋒，王勇，楊林指導(dǎo)教師：沈錦仁(中國人民解放軍理工大學(xué)，南京210007)編者按：本文用差分方程和回歸分析的方法對(duì)問題作了正確、恰當(dāng)?shù)姆治鎏幚恚Y(jié)果合理。具有一定的創(chuàng)造性摘要：本文利用長江流域近兩年多主要城市水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，通過對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化綜

2、合處理，確定了水質(zhì)新的綜合評(píng)判指標(biāo)函數(shù)。在對(duì)整個(gè)長江流域所有觀測站的位置關(guān)系作一定的簡化假設(shè)后，得到長江綜合評(píng)定函數(shù)值=O．4331，水質(zhì)為良好。主要污染物為氨氮。。通過建立污染濃度的反應(yīng)擴(kuò)散方程，本文用三種方法反演出未知的污染源強(qiáng)迫函數(shù)f(x，t)，并對(duì)f(x，t)的三種數(shù)據(jù)加以綜合分析，分別給出了高錳酸鉀鹽和氨氮污染源的主要分布地區(qū)。為了對(duì)長江未來水質(zhì)污染發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，本文建立了回歸分析模型并對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行了F檢驗(yàn)，結(jié)果是如果不采取有效的治理措施。長江可飲用水將逐年下降，且10年后可飲用水所占長江水總量的比例將不到5O％。

3、根據(jù)這一預(yù)測結(jié)果，我們進(jìn)而使用二元線性回歸模型。通過對(duì)各種不可飲用水進(jìn)行綜合考慮，得到如下結(jié)果：要在未來lO年內(nèi)使長江干流的不可飲用水(n，類和類水)的比例控制在2O％以內(nèi)，且沒有劣類水，那么每年污水處理量至少為75．195億噸。關(guān)鍵詞歸一化；水質(zhì)綜合評(píng)判指標(biāo)函數(shù)；反應(yīng)擴(kuò)散方程：回歸分析分類號(hào)AMS(2000)76Z05中圖分類號(hào)：O212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1長江水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)1．1問題的分析附件3．1(長江流域主要城市水質(zhì)檢測報(bào)告)從多方面反映了長江近兩年多的水質(zhì)情況，因此對(duì)于長江流域水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，主要是對(duì)水質(zhì)檢測報(bào)告原始數(shù)據(jù)的處

4、理。由于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)主要項(xiàng)目指標(biāo)(溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、PH值)的原始數(shù)據(jù)的量綱各不相同，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化和綜合處理；又由于數(shù)據(jù)量較大，因此要對(duì)歸一后數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，考慮下面要求：1)歸一化后的數(shù)據(jù)能夠反映可飲用水與不可飲用水的區(qū)別，為此將III類與類水的分界點(diǎn)作為界值點(diǎn)，賦值為1；2)對(duì)于任一個(gè)項(xiàng)目指標(biāo)值來講，數(shù)據(jù)越小，水質(zhì)越好；3)四個(gè)項(xiàng)目指標(biāo)綜合后仍以1作為可飲用水與不可飲用水的分界點(diǎn)，且數(shù)據(jù)越小，水質(zhì)越好。1．2理論分析與算法步驟1)數(shù)據(jù)的歸一化和綜合按照上述要求，根據(jù)附表中

5、提供的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值，對(duì)數(shù)據(jù)歸一化處理：以一個(gè)觀測點(diǎn)某一時(shí)刻為例，依次記四個(gè)項(xiàng)目指標(biāo)的實(shí)際測量值為P％，歸一化的水質(zhì)指標(biāo)值(尼=1，2，3，4)。維普資訊http://www.cqvip.com第7期李云鋒等：長江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測27對(duì)于溶解氧(DO)，定義EP1=一o；(1)對(duì)于高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)，定義P2=；(2)對(duì)于氨氮(NH3一N)，定義P3=而P3．，(3)對(duì)于PH值來講，由于PH值在6—9之間均為可飲用水。假設(shè)當(dāng)PH值=7時(shí)，水質(zhì)是最好的。作如下定義={一xp(p4—7：三；：c4記Pu為第i個(gè)觀測點(diǎn)第J個(gè)月的水

6、質(zhì)綜合指標(biāo)值，(Pk)u為第i個(gè)觀測點(diǎn)第J個(gè)月歸一化后的水質(zhì)指標(biāo)值(i=1，2，?，17；j=1，2，?，28；=1，2，3，4)，考慮不同項(xiàng)目指標(biāo)對(duì)水質(zhì)影響程度的不同，將四個(gè)項(xiàng)目指標(biāo)的權(quán)重設(shè)為0％(=1，2，3，4)。水質(zhì)綜合指標(biāo)值Pu的表達(dá)式為{【量×(h3'4)，，●max(Pk)~j，(Pk)u>1·一／2)單個(gè)觀測點(diǎn)水質(zhì)的評(píng)估向量和長江全流域水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)∑0知道了一個(gè)觀測點(diǎn)28個(gè)月份的水質(zhì)綜合指標(biāo)值，要求對(duì)該觀測=點(diǎn)水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)能夠、、一、、反映水質(zhì)情況、是否可飲用和可飲用的程度等目標(biāo)。由此構(gòu)造各觀測點(diǎn)水質(zhì)綜合指標(biāo)向

7、量Qt=【Q1，Q2】，其中1旦Qil∑‘j=t為第i個(gè)觀測站水質(zhì)的綜合量值，Q2為第i個(gè)觀測站水質(zhì)為不可飲用水的月份個(gè)數(shù)。假設(shè)一個(gè)觀測站代表一塊水域，設(shè)該水域內(nèi)水質(zhì)均勻，水量為忍，17個(gè)觀測站代表的水域覆蓋了整個(gè)長江流域且不重復(fù)覆蓋。構(gòu)造整個(gè)長江流域水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為17∑1昆=號(hào)一．∑』0t=l1．3水質(zhì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定根據(jù)式(1)．(4)式對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法，計(jì)算附表中四個(gè)主要項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)應(yīng)指標(biāo)值，為了便于以后的討論計(jì)算，不妨將PH值按照氨氮的指標(biāo)值嚴(yán)格的分類，取al=0．2，a2=a3：0．35，a4：0．1，根據(jù)(5)式計(jì)

8、算四個(gè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的綜合指標(biāo)值，同時(shí)考慮水質(zhì)污染月份的個(gè)數(shù)，將其分別對(duì)應(yīng)到水質(zhì)為優(yōu)質(zhì)、良好、輕微污染、污染和嚴(yán)重污染，則得到水質(zhì)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。1_4長江水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)維普資訊http://www.cqvip.com工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)第22卷表1：